Опыт внедрения АСУТП сульфат-целлюлозного завода на базе РСУ CENTUM CS3000 фирмы Иокогава

Объектом внедрения распределенной системы управления (РСУ) стал сульфатцеллюлозный завод производства сульфатной целлюлозы 2 (САЦ-2) ОАО «Светогорск».

Основными участками завода являются:

• варка в двухкорпусной с паровой фазой установке «Камюр»;
• промывка на диффузоре непрерывного действия «Камюр»;
• сортирование;
• кислородно-щелочная отбелка;
• промывка на промывном прессе «Valmet pulping»;
• 3-х ступенчатая отбелка (D1 – E/O – D2).

Номинальная производительность завода составляет 450 т в.с. беленой целлюлозы.

Непосредственным поводом к внедрению РСУ стала установка нового технологического оборудования – промывного пресса фирмы «Valmet pulping», предназначенного для улучшения качества вырабатываемой целлюлозы и снижения удельных расходов отбеливающих реагентов.

Кроме того, одновременно предполагалось перейти на «классическую» технологическую схему потока, при которой масса поступает на КЩО после промывки на диффузоре и сортирования. До описываемых нами модернизаций масса на КЩО подавалась непосредственно из варочного котла.

Современный промывной пресс представляет собой сложную технологическую установку, характеризующуюся значительным числом сигналов контроля и управления и требующую реализацию достаточно сложных задач управления и блокировок.

Существующая компоновка щита управления заводом не позволяла реализовать систему автоматического управления прессом на средствах локальной автоматики. Для нового щита управления не было пространства, поэтому систему управления прессом следовало реализовать на средствах вычислительной техники, позволяющих вывести показания всех приборов на дисплей пульта оператора.

Помимо задачи автоматизации промывного пресса в силу морально и физически устаревающего парка регуляторов и показывающих приборов, а также супервизорной системы автоматизированного управления «AссyRay», создалась ситуация, при которой модернизация всей системы управления заводом – стала насущной проблемой.

По этим причинам было принято решение о поэтапном внедрении АСУТП всего завода, реализованной на современных средствах вычислительной техники, позволяющих отказаться от стареющего парка приборов и щитов управления.

При таком подходе система автоматического управления промывным прессом органически входит в состав внедряемой АСУТП.

В результате проведенного конкурса выбор системы управления ОАО «Светогорск» был остановлен на РСУ CENTUM CS 3000 японской фирмы Yokogawa.

Фирма Yokogawa имеет большой опыт работы и хорошие традиции в ЦБП. Об этом говорит тот факт, что доля РСУ этой фирмы в Японии на объектах ЦБП составляет 75%.

В России успешно функционирует более 60 систем управления Yokogawa на предприятиях нефтеперерабатывающей и химической отраслей, в том числе на Усть-Илимском ЛПК внедрены две системы управления отбельными цехами.

РСУ CENTUM CS 3000 реализует программно-аппаратное дублирование своих элементов вплоть до периферийных плат, если того требуют особенности объекта управления. Тем самым обеспечивается высокая надежность функционирования автоматизируемого объекта в целом.

Поставка РСУ осуществлялась московским представительством Yokogawa, а инжиниринговые работы в полном объеме были проведены специалистами АО «Форус», являющимся дистрибьютером Yokogawa по северо-западному региону России.

Эффективное функционирование АСУТП непрерывной варки «Камюр-2» на Котласском ЦБК, внедренной в 1995 году на средствах системы собственной разработки (см. «ЦБК, №6, 1996г.), а также положительный опыт внедрения АСУТП периодической варки на САЦ-1 в 1999 году на базе РСУ CENTUM CS1000 позволили доверить эту работу АО «Форус».

Необходимым условием выполнения работы должны были стать испытания РСУ на площадке заказчика (Site Acception Test) SAT, которые Yokogawa/Форус обязались провести имитацией реального объекта посредством программно-технического комплекса, разработанным АО «Форус».

Структура РСУ

Управление всем заводом распределено по трем дублированным Полевым блокам управления, каждый из которых состоит из дублированных блоков процессорных, питания, узлов сопряжения контролеров с платами ввода/вывода, гнездами под платы ввода/вывода (нестами) и платами ввода/вывода, размещенных в одной 19" конструктиве.

В данной системе применяются платы дискретного ввода/вывода коннекторного типа, которые наряду с платами аналогового ввода/вывода устанавливаются в несты полевого блока управления.

Платы дискретного ввода/вывода специальным кабелем соединяются с релейными платами, установленными в специальных релейных шкафах.

Таким образом, кабели аналоговых сигналов подключаются к клеммам плат ввода/вывода полевого блока управления, а кабели дискретных сигналов подключаются к клеммам релейных плат релейных шкафов.

Функции управления по пультам оператора распределены следующим образом. С каждого пульта доступна информация с любого участка завода.

Однако доступ к формированию управляющих и командных сигналов для 1?го пульта оператора распространяется только на участок варки и промывки на диффузоре, для 2-го пульта оператора – на участок сортирования, КЩО и промывного пресса, для 3-го пульта оператора – на участок отбелки.

Инжиниринговая станция РСУ позволяет не только создавать новое и модифицировать функционирующее ПО, но и обеспечивает работу в режиме пульта оператора, с которого доступно воздействие на любые технологические участки завода.

Блок бесперебойного питания (ББП) фирмы «Libert» в случае отключения сетевого питания поддерживает работоспособность всей РСУ в течении 35 минут за счет запитки блоков АСУТП от батарей. В случае восстановления нормального питания, запитка блоков АСУТП возобновляется по основной сети по нормальной схеме, и дополнительно ББП функционирует в режиме зарядки батарей до их полной зарядки.

Информационный обмен между полевыми блоками управления и операторскими станциями осуществляется по сети V-net. Операторские станции дополнительно связываются друг с другом по сети Ethernet.

В один из компьютеров операторской станции установлена вторая сетевая карта Ethernet, тем самым обеспечивается связь РСУ с общекомбинатовской сетью.

Испытания РСУ

Системное программное обеспечение РСУ позволяет реализовывать тестовый режим посредством ПК, на котором установлено лицензионное ПО CENTUM CS3000. Тестовый режим является эффективным средством отладки разрабатываемого программного обеспечения. Проверка ПО посредством тестового режима явилась также одним из этапов испытаний РСУ.

Как указывалось выше, по условиям контракта завершающей стадией испытаний РСУ явились испытания на площадке заказчика (SAT). При этом проверялось функционирование всех модулей и элементов системы, и в отличие от тестового режима правильность разработанного ПО оценивалось по реальному функционированию полевых блоков управления, воспринимающих и формирующих реальные физические сигналы.

Для облегчения проведения и повышения эффективности SAT на площадку заказчика поставлялся программно-технический комплекс (ПТК) на базе аппаратного обеспечения фирмы «Advantech» и программного обеспечения фирмы «Форус».

ПТК имитировал объект управления, воспринимал от РСУ командные сигналы и формировал в РСУ сигналы измерений и состояний.

Испытания проводились по участкам, поэтапно подключаемым к РСУ. Испытания подтвердили высокую эффективность проверки подобного рода, поскольку правильность и точность некоторых реализованных алгоритмов управления можно оценить только с помощью ПТК, а посредством ручных переключателей и имитаторов невозможно.

К таким алгоритмам можно отнести контроль времени падения сит диффузора, требующий точность 0,1 сек.

Для вновь поставляемого оборудования промывного пресса фирмы «Valmet pulping» дополнительно проводились испытания на воде.

Все виды испытаний показали полную готовность аппаратных и программных средств РСУ  к внедрению.

Основные функции РСУ

Для каждого технологического участка характерным является следующий состав задач:

• мониторинг;
• стандартные контуры регулирования;
• управление типовыми электроприводами;
• система безопасности (система блокировок);
• взаимосвязанное управление стандартными контурами и типовыми электроприводами;
• система сменного, суточного и месячного рапортов.

Для участка варки помимо традиционных задач, таких как стабилизация уровней щепы и щелока в аппаратах варочной установки, управления температурой паровой фазы, дозировки белого и черного щелока, систем безопасности, реализованы оригинальные задачи счетчика оборотов дозатора щепы и управления откачкой талового масла.

Учет суммарного количества за смену оборотов дозатора щепы осуществлен путем организации быстро опрашиваемого неста плат дискретного ввода (дискретность опроса 0.05 сек).

Требуемый расход откачки талового масла определяется пропорционально текущей производительности варочной установки, оцениваемой по скорости вращения дозатора щепы. При этом реальный расход оценивается по изменению уровня талового масла в резервуаре. В случае пополнения резервуара процесс откачки «замораживается».

На мнемосхемах систем безопасности или блокировок отражается состояние всех элементов оборудования, технологических параметров и дискретных сигналов, по которому формируются блокирующие воздействия конкретной системы безопасности.

При переходе в аварийное состояние какого-либо элемента с точки зрения конкретной системы безопасности, соответствующий этому элементу на мнемосхеме блок меняет свою окраску с зеленого на красный. Таким образом, в случае срабатывания любой системы безопасности оператор сразу же может по мнемосхеме выявить причину блокировки и, используя отражаемую на мнемосхеме информацию, оперативно обеспечить все необходимые условия для пуска заблокированного системой безопасности оборудования.

Подсистема управления диффузором реализует весь комплект задач, необходимых для данного объекта, включая изменение режима всей установки в момент падения и промывки сит.

Следует отметить, что оценка времени падения сит, как и для случая счетчика оборотов дозатора щепы, была реализована на базе стандартного аппаратурного обеспечения CENTUM CS 3000 путем организации быстро опрашиваемого неста плат дискретного ввода (дискретность опроса 0,05 сек).

Подсистема управления участком сортирования обеспечивает реализацию всего комплекса задач, включающих  управление сортированием массного потока первой, второй и третьей ступеней, линией грубого сортирования (сучколовители) и размолом сучков, а также управление фильтром. 

Помимо реализации системы блокировок технологически опасного объекта – реактора, основными задачами управления КЩО являются дозировка и учет подачи белого щелока и кислорода под давлением для смешивания с массой, поступающей в реактор.

Подсистема управления промывным прессом представляет собой комплекс взаимосвязанных задач управления и блокировок, обеспечивающих эксплуатацию оборудования данного участка в режиме автомата, включающую координированное управление расходами массы подаваемой на пресс, расходами щелоков, подаваемыми на разбавление, управление скоростью вращения валов пресса.

Последним этапом создания АСУТП завода является внедрение участков отбелки и распределения массы. Подсистема управления отбелкой включает в себя управление двумя ступенями отбеливания двуокисью хлора и одной ступенью кислородного щелочения, вместе с соответствующей системой блокировок, охватывающей большую часть оборудования данного участка. Особенностью участка отбелки является вторая башня хлорирования, представляющая собой упрощенный аналог диффузора со всеми вытекающими отсюда задачами управления. На участке распределения массы основной задачей является регулирование расхода массы по  производствам комбината посредством изменения оборотов массных насосов.

Заключение

Проведенные в комплексе работы по модернизации технологии и внедрению РСУ позволили повысить технико-экономические показатели функционирования сульфатцеллюлозного завода, выражающие в следующем:

• повышена производительность до 620 т в.с.ц./сутки против номинальной по проекту 450 т в.с.ц./сутки;
• снижены удельные расходы отбеливающих реагентов;
• обеспечены оптимальные с точки зрения технологии режимы эксплуатации оборудования;
• повышены наблюдаемость и оперативность управления технологическими процессами;
• повышены надежность и безопасность управления оборудованием завода.

Следует отметить, что эффективное и безударное с точки зрения производственных процессов внедрение РСУ стало возможным благодаря слаженной, профессиональной, часто выходящей за формальные и договорные рамки работы всех подрядчиков, принимающих участие в данном проекте (проектная организация «Harris Group International», монтажная организация «Интехмонтаж», проект и поставка промывного пресса фирмы “Valmet pulping”), а также коллективу САЦ-2, службам технического отдела и отдела АСУ ОАО «Светогорск».

Внедрение АСУТП сульфатцеллюлозного завода показало, что РСУ CENTUM CS 3000 отвечает самым высоким современным требованиям, предъявляемым к системам управления, обеспечивает высокую надежность и качество управления, позволяет эффективно решать нестандартные задачи, соответствует специфике задач контроля и управления целлюлозно-бумажного производства.

Блюм А.С., к.т.н, АО «ФОРУС», Панкратов Д.А., ООО «Иокогава Электрик», Седов С.А., АО «ФОРУС»